一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法及系统，该方法包括：获取船舶岸电系统的负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态；求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值，其中优化层自上而下依次为储能系统动作频率指标和变压器经济运行指标，规则层自上而下依次为电池荷电状态指标和冲击负荷功率平抑指标；最终根据各项指标下的有功补偿值和无功补偿值确定功率柔性调控装置的有功功率补偿值和无功功率补偿值。本发明专利技术将优化指标和规则指标有机地相结合，采用分层式结构进行功率柔性调控，提高了功率柔性调控装置的执行效率和实时性，也能保障船舶岸电系统的稳定运行，同时实现了船舶岸电系统的经济运行。济运行。济运行。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法及系统


[0001]本专利技术涉及到船舶岸电系统电能质量治理与能量管理
，尤其涉及到一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法及系统。

技术介绍

[0002]船舶岸电是指船舶在靠泊期间停止使用船上的柴油发电机，船上通风、照明、制冷等其他设施运转都改由码头供电，，从而减少船舶废气排放和碳排放的供电方式。船舶岸电作为最具前景的电能替代技术之一。然而随着接入的冲击性负荷急剧增多，负荷功率短时间内的大幅变化，不仅引起了电压波动等电能质量问题，也增大了电网的电能损耗，不利于船舶岸电系统的稳定运行。
[0003]为平抑负荷侧功率的强波动变化，目前最有效的手段是采用储能技术进行功率的瞬时补偿，从而实现对冲击负荷功率的削峰填谷。但是，当前储能系统的功率补偿策略研究多数面向新能源并网，较少涉及船舶岸电系统。此外，基于规则的功率补偿策略依赖经验和静态数据，难以保证全局最优；基于优化的功率补偿策略由于算法复杂，实时性不高，有时可能造成系统失稳。因此针对船舶岸电系统的功率波动抑制，现有技术中尚未有一种既能提高功率补偿实时性、又能提升岸电系统经济运行程度和确保储能系统稳定运行的功率补偿策略。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术的上述不足，本专利技术提供一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法及系统，有效解决功率补偿策略实时性低、岸电系统经济运行程度低和储能系统运行不稳定的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，所述方法包括：<br/>[0006]获取船舶岸电系统的负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态；
[0007]基于所述负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值，其中：
[0008]所述优化层自上而下依次为储能系统动作频率指标和变压器经济运行指标，规则层自上而下依次为电池荷电状态指标和冲击负荷功率平抑指标；
[0009]根据所述各项指标下的有功补偿值和无功补偿值确定功率柔性调控装置的有功功率补偿值和无功功率补偿值，其中：
[0010]所述功率柔性调控装置包括高性能锂电池组、功率变换器和电流电压传感器，通过并联的方式接入所述船舶岸电系统。
[0011]作为优选的，所述基于所述负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值包括：
[0012]确定所述储能系统动作频率指标下的有功补偿值P
ref3
和无功补偿值Q
ref3
，并结合
所述负荷有功功率和负荷无功功率计算网侧有功功率P
net
和网侧无功功率Q
net
；
[0013]计算变压器的有功转移分量ΔP
net
和无功转移分量ΔQ
net
，确定所述变压器经济运行指标下的有功补偿值P
ref2
和无功补偿值Q
ref2
；
[0014]根据所述变压器经济运行指标下的有功补偿值P
ref2
和无功补偿值Q
ref2
计算所述电池荷电状态指标下有功补偿值P
ref1
和有功补偿值Q
ref1
。
[0015]作为优选的，所述储能系统动作频率指标代表储能系统动作频繁程度，间接反映储能系统的动作损耗，若第i个采样时刻的储能系统动作状态值x
i
为：
[0016][0017]那么对应时间段内储能系统的动作频率f为：
[0018][0019]上式中，n为采样点数；T
s
为采样周期。
[0020]作为优选的，所述变压器经济运行指标代表变压器综合功率损耗率，间接反映变压器的功率损耗，所述变压器综合功率损耗率ΔP
z
(％)为：
[0021][0022]其中，P
OZ
是变压器综合空载损耗；P
KZ
是变压器综合负载损耗；K
T
是负载波动损耗系数，负载恒定时为1；β是负载系数；S
N
是变压器额定容量；是负载功率因数。
[0023]作为优选的，所述变压器综合功率损耗率在最佳负载系数S
JZ
处取得最佳经济运行状态损耗率下限值ΔP
z_min
，在满载系数1或S
JZ2
处取得经济运行状态损耗率上限值ΔP
z_nom
，则最佳经济运行状态损耗率ΔP
z_cen
为：
[0024]ΔP
z_cen
＝(1
‑
μ)ΔP
z_min
+μΔP
z_nom
[0025]上式中，，μ为最佳经济系数，且0&lt;μ&lt;1。
[0026]作为优选的，所述电池荷电状态指标代表储能系统的剩余容量，间接反映储能系统当前的功率输出能力，在极端情形下需设计限制因子函数来防止电池组出现过充过放现象，所述极端情形包括：soc＜soc
low
且P
ref2
&gt;0和/或soc＜soc
up
且P
ref2
&lt;0，所述限制因子函数为：
[0027][0028]上式中，soc是电池当前时刻的荷电状态；soc
low
是电池荷电状态允许下限值；soc
up
是电池荷电状态允许上限值；soc
min
是电池荷电状态极限下限值；soc
max
是电池荷电状态极限上限值。
[0029]作为优选的，所述冲击负荷功率平抑指标用以平抑冲击性负荷功率，阻止负荷功率越过继电保护限值，造成船舶岸电系统作业的中断，则最终功率柔性调控装置的功率补偿值需要满足：
[0030][0031]上式中，|S
net
|是网侧视在功率；P
load
是负荷有功功率；Q
load
是负荷无功功率；P
ref
是功率柔性调控装置有功功率补偿值；Q
ref
是功率柔性调控装置无功功率补偿值。
[0032]第二方面，本专利技术提供一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控系统，所述系统包括：
[0033]获取单元，用于获取船舶岸电系统的负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态；
[0034]计算单元，用于基于所述负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值，其中：
[0035]所述优化层自上而下依次为储能系统动作频率指标和变压器经济运行指标，规则层自上而下依次为电池荷电状态指标和冲击负荷功率平抑指标；
[0036]确定单元，用于根据所述各项指标下的有功补偿值和无功补偿值确定功率柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，其特征在于，所述方法包括：获取船舶岸电系统的负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态；基于所述负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值，其中：所述优化层自上而下依次为储能系统动作频率指标和变压器经济运行指标，规则层自上而下依次为电池荷电状态指标和冲击负荷功率平抑指标；根据所述各项指标下的有功补偿值和无功补偿值确定功率柔性调控装置的有功功率补偿值和无功功率补偿值，其中：所述功率柔性调控装置包括高性能锂电池组、功率变换器和电流电压传感器，通过并联的方式接入所述船舶岸电系统。2.根据权利要求1所述的船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，其特征在于，所述基于所述负荷有功功率、负荷无功功率和电池荷电状态求解优化层和规则层的各项指标下的有功补偿值和无功补偿值包括：确定所述储能系统动作频率指标下的有功补偿值P
ref3
和无功补偿值Q
ref3
，并结合所述负荷有功功率和负荷无功功率计算网侧有功功率P
net
和网侧无功功率Q
net
；计算变压器的有功转移分量ΔP
net
和无功转移分量ΔQ
net
，确定所述变压器经济运行指标下的有功补偿值P
ref2
和无功补偿值Q
ref2
；根据所述变压器经济运行指标下的有功补偿值P
ref2
和无功补偿值Q
ref2
计算所述电池荷电状态指标下的有功补偿值P
ref1
和有功补偿值Q
ref1
。3.根据权利要求1所述的船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，其特征在于，所述储能系统动作频率指标代表储能系统动作频繁程度，间接反映储能系统的动作损耗，若第i个采样时刻的储能系统动作状态值x
i
为：那么对应时间段内储能系统的动作频率f为：上式中，n为采样点数；T
s
为采样周期。4.根据权利要求1所述的船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，其特征在于，所述变压器经济运行指标代表变压器综合功率损耗率，间接反映变压器的功率损耗，所述变压器综合功率损耗率ΔP
z
(％)为：上式中，P
OZ
是变压器综合空载损耗；P
KZ
是变压器综合负载损耗；K
T
是负载波动损耗系数，负载恒定时为1；β是负载系数；S
N
是变压器额定容量；是负载功率因数。5.根据权利要求4所述的船舶岸电系统分层式功率柔性调控方法，其特征在于，所述变
压器综合功率损耗率在最佳负载系数S
JZ
处取得最佳经济运行状态损耗率下限值ΔP
z_min
，在满载系数1或S
JZ2
处取得经济运行状态损耗率上限值Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乾易，李尚龙，李勇，刘芳，邹润民，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：